【手続補正書】
【提出日】平成17年11月15日(2005.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】明細書
【発明の名称】  進行波合成アレーアンテナ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  第１の給電線路に沿って所定の間隔で設けられた複数の第１のアンテナ素子を備え、所定の放射指向特性を有する第１の進行波アレーアンテナと、
第２の給電線路に沿って所定の間隔で設けられた複数の第２のアンテナ素子を備え、所定の半値幅の主ビームを有し、上記第１の進行波アレーアンテナに比較して低いサイドローブレベルの放射指向特性を有する第２の進行波アレーアンテナと、
入力される送信信号を２分配して、一方の送信信号を第１の進行波アレーアンテナに給電する一方、他方の送信信号を第２の進行波アレーアンテナに給電する分配手段とを備え、
所定の周波数変化に対する上記第１の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量と、上記周波数変化に対する上記第２の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量とが互いに実質的に相殺されるように、上記第１の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、上記第２の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向との交差角が９０度を越えかつ２７０度未満であるように上記第１の進行波アレーアンテナと上記第２の進行波アレーアンテナとを並置したことを特徴とする進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項２】  上記第２の進行波アレーアンテナの放射指向特性は、
（ａ）アンテナ利得の最大値を含む、３０度以内の半値幅の主ビームと、
（ｂ）上記アンテナ利得の最大値から−２０ｄＢ以下のサイドローブレベルとを有することを特徴とする請求項１記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項３】  上記第１の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、上記第２の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向とが互いに実質的に逆向きとなるように、上記第１の進行波アレーアンテナと上記第２の進行波アレーアンテナとを並置したことを特徴とする請求項１又は２記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項４】  上記分配手段は、上記第１の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号の電力と、上記第２の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号の電力とが互いに異なるように分配する電力制御手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３のうちのいずれか１つに記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項５】  上記電力制御手段は、上記第２の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号を所定の減衰量だけ減衰させる減衰手段を含むことを特徴とする請求項４記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項６】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの導波管の管幅を、上記第１の進行波アレーアンテナの導波管の管幅よりも小さく設定してなることを特徴とする請求項５記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項７】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの誘電体導波管の誘電率を、上記第１の進行波アレーアンテナの誘電体導波管の誘電率よりも大きく設定してなることを特徴とする請求項５記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項８】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、ポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの内径を、上記第１の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの内径よりも小さく設定してなることを特徴とする請求項５記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項９】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、ポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの間隔を、上記第１の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの間隔よりも大きく設定してなることを特徴とする請求項５記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項１０】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記分配手段と、上記第１と第２の進行波アレーアンテナとは同一の導波管内に形成されたことを特徴とする請求項１乃至５のうちのいずれか１つに記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項１１】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの導波管の入力開口近傍に形成された少なくとも１本の導体ピンを含むことを特徴とする請求項５記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項１２】  上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの導波管の入力開口近傍に形成された導波管壁を含むことを特徴とする請求項５記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項１３】  上記第２の進行波アレーアンテナの位相遅れ量を、上記第１の進行波アレーアンテナの位相遅れ量よりも大きくするように設定する位相遅れ量設定手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のうちのいずれか１つに記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【請求項１４】  上記位相遅れ量設定手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの第２のアンテナ素子の間隔を、上記第１の進行波アレーアンテナの第１のアンテナ素子の間隔よりも大きく設定してなることを特徴とする請求項１３記載の進行波合成アレーアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波帯、準ミリ波帯、ミリ波帯などの帯域で使用され、２つの進行波アレーアンテナを備えて構成される進行波合成アレーアンテナ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロ波帯、準ミリ波帯、ミリ波帯などの無線通信システムにおいて、アンテナ素子を給電線路に沿って並置して構成された進行波アレーアンテナが広く用いられている。この進行波アレーアンテナにおいては、送信信号のエネルギーは給電線路に沿ってその終端部に向かって進行し、そのエネルギーの一部を順次放射することにより所定の方向に送信している。この進行波アレーアンテナは、給電線路の回路設計が比較的容易であるという特徴を有している。
【０００３】
図２５は、従来例に係る進行波アレーアンテナ装置５０４の構成を示す回路図である。図２５において、進行波アレーアンテナ装置５０４は、給電線路５０２上にその長手方向に沿って、複数のアンテナ素子５０３が並置されて構成されている。ここで、給電部５０１を介して入力された電磁波は、給電線路５０２をその終端部に向かって矢印５０２ａの方向で進行し、複数のアンテナ素子５０３の各々に順次給電することにより、各アンテナ素子５０３から所定の放射方向に電磁波が放射される。
【０００４】
この進行波アレーアンテナ５０４の各アンテナ素子５０３の大きさや形状を変化させることにより、各アンテナ素子５０３の励振振幅を制御できる一方、各アンテナ素子５０３の素子間距離を変化させることにより、各アンテナ素子５０３の励振位相を制御できる。これら励振振幅と励振位相を含む励振係数を制御することにより、所望の放射指向特性を得ることができる。
【０００５】
例えば、いわゆるＦＷＡ（Fixed Wireless Access）と呼ばれる加入者無線方式のための基地局アンテナにおいては、垂直面放射指向特性を成形するためにアレーアンテナを用いることが多く、そのアレーアンテナの励振係数を制御し、コセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性にすることにより、各加入者無線局に対して、実質的に同一の電力を送受信できるようにしている。
【０００６】
図２６は、図２５の進行波アレーアンテナ装置の一例であって、導波管スロットアレーアンテナ装置５０８の構成を示す斜視図である。図２６において、導波管スロットアレーアンテナ装置５０８は、給電線路となる矩形導波管５０６の上面において複数の矩形スロットを形成することによりそれぞれスロットアンテナ５０７を形成して構成され、その矩形導波管５０６の一方の終端部近傍の下面に矩形形状の入力開口５０５を形成し、この入力開口５０５に給電線路である矩形導波管５０９が連結される。
【０００７】
以上のように構成された導波管スロットアレーアンテナ装置５０８において、送信する電磁波は無線送信機から矩形導波管５０９を介して伝送された後、入力開口５０５を介して矩形導波管５０６に入力される。次いで、当該電磁波は、矩形導波管５０６の長手方向に沿って他方の終端部に向かって伝搬し、伝搬する電磁波は各スロットアンテナ５０７の矩形スロットを介して放射される。
【０００８】
この導波管スロットアレーアンテナ装置５０８において、給電線路として矩形導波管を用いることで、給電線路からの放射が無いため、給電線路の損失を少なくできる。さらに、各スロットアンテナ５０７の矩形スロットの長さや幅を変化することにより励振振幅を制御でき、各矩形スロット間のアンテナ間距離を変化することにより、励振位相を制御でき、これら励振振幅と励振位相を含む励振係数を制御することにより、所望の放射指向特性を得ることができる。従って、所望の放射指向特性を有するアレーアンテナを形成することが容易であるという利点がある。そのため、導波管スロットアレーアンテナ装置５０８はマイクロ波帯、特にミリ波帯において、有効なアレーアンテナ装置である。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図２５及び図２６に図示した従来例の構成では、送信する電磁波の周波数が変化した場合、給電線路５０２内の管内波長の変化により、伝搬する進行波のアンテナ素子５０３間における位相遅れも変化する。また、導波管スロットアレーアンテナ装置５０８の場合、矩形導波管５０６を伝搬する進行波が各スロットアンテナ５０７の直下の部分を通過するために、この通過した透過波も位相遅れを有しており、透過位相も電磁波の周波数により変化する。これらの原因により、各アンテナ素子５０３又は５０７から放射される電磁波に与えられる位相が変化するため、各アンテナ素子５０３又は５０７の励振位相が変化する。
【００１０】
これらのアンテナ装置５０４，５０８においては、上述のごとく進行波型給電方法で給電しているために、入力開口５０５近傍の給電部から遠いアンテナ素子ほど、これらの位相変化が積み重なり、放射する電磁波に対してより大きな位相変化を与えることになる。従って、各アンテナ素子５０３又は５０７間の位相差に変化が生じると、当該アンテナ装置５０４，５０８の放射指向特性の主ビームの方向が変動することとなる。
【００１１】
例えば、加入者無線方式の基地局において、これら進行波アレーアンテナ装置５０４，５０８を用いる場合、主ビーム方向の変動が起きることにより、サービスエリアの縁端部にある加入者無線局における受信信号強度が減少するとともに、当該加入者無線局における実質的な送信信号電力が低下することになる。
【００１２】
本発明の目的は以上の問題点を解決し、送信する電磁波の周波数変化に対して、放射指向特性の主ビーム方向の変化を抑圧することができる進行波アレーアンテナ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る進行波合成アレーアンテナ装置は、第１の給電線路に沿って所定の間隔で設けられた複数の第１のアンテナ素子を備え、所定の放射指向特性を有する第１の進行波アレーアンテナと、
第２の給電線路に沿って所定の間隔で設けられた複数の第２のアンテナ素子を備え、所定の半値幅の主ビームを有し、上記第１の進行波アレーアンテナに比較して低いサイドローブレベルの放射指向特性を有する第２の進行波アレーアンテナと、
入力される送信信号を２分配して、一方の送信信号を第１の進行波アレーアンテナに給電する一方、他方の送信信号を第２の進行波アレーアンテナに給電する分配手段とを備え、
所定の周波数変化に対する上記第１の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量と、上記周波数変化に対する上記第２の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量とが互いに実質的に相殺されるように、上記第１の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、上記第２の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向との交差角が９０度を越えかつ２７０度未満であるように上記第１の進行波アレーアンテナと上記第２の進行波アレーアンテナとを並置したことを特徴とする。
【００１４】
ここで、上記第２の進行波アレーアンテナの放射指向特性は、
（ａ）アンテナ利得の最大値を含む、３０度以内の半値幅の主ビームと、
（ｂ）上記アンテナ利得の最大値から−２０ｄＢ以下のサイドローブレベルとを有することを特徴とする。
【００１５】
上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、上記第２の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向とが互いに実質的に逆向きとなるように、上記第１の進行波アレーアンテナと上記第２の進行波アレーアンテナとを並置したことを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記分配手段は、上記第１の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号の電力と、上記第２の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号の電力とが互いに異なるように分配する電力制御手段を含むことを特徴とする。
【００１７】
ここで、上記電力制御手段は、上記第２の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号を所定の減衰量だけ減衰させる減衰手段を含むことを特徴とする。
【００１８】
上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの導波管の管幅を、上記第１の進行波アレーアンテナの導波管の管幅よりも小さく設定してなることを特徴とする。
【００１９】
また、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの誘電体導波管の誘電率を、上記第１の進行波アレーアンテナの誘電体導波管の誘電率よりも大きく設定してなることを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、ポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの内径を、上記第１の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの内径よりも小さく設定してなることを特徴とする。
【００２１】
またさらに、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、ポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの間隔を、上記第１の進行波アレーアンテナのポスト壁のスルーホールの間隔よりも大きく設定してなることを特徴とする。
【００２２】
上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記分配手段と、上記第１と第２の進行波アレーアンテナとは同一の導波管内に形成されたことを特徴とする。
【００２３】
また、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの導波管の入力開口近傍に形成された少なくとも１本の導体ピンを含むことを特徴とする。
【００２４】
さらに、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第１と第２の進行波アレーアンテナはそれぞれ、導波管スロットアレーアンテナ、誘電体導波管スロットアレーアンテナ又はポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナであり、上記減衰手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの導波管の入力開口近傍に形成された導波管壁を含むことを特徴とする。
【００２５】
上記進行波アレーアンテナ装置において、上記第２の進行波アレーアンテナの位相遅れ量を、上記第１の進行波アレーアンテナの位相遅れ量よりも大きくするように設定する位相遅れ量設定手段をさらに備えたことを特徴とする。
【００２６】
また、上記進行波アレーアンテナ装置において、上記位相遅れ量設定手段は、上記第２の進行波アレーアンテナの第２のアンテナ素子の間隔を、上記第１の進行波アレーアンテナの第１のアンテナ素子の間隔よりも大きく設定してなることを特徴とする。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。
【００２８】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明に係る第１の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０１の構成を示す回路図である。
【００２９】
この第１の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０１は、
（ａ）−Ｚ軸方向で給電線路１１の長手方向に沿って所定の間隔ｄ１で並置されてなる複数Ｎ個のアンテナ素子５１−１乃至５１−Ｎを備えて構成され、狭ビーム及び低サイドローブの垂直面放射指向特性を有する進行波アレーアンテナ１と、
（ｂ）−Ｚ軸方向とは逆方向であるＺ軸方向で給電線路１２の長手方向に沿って所定の間隔ｄ２で並置されてなる複数Ｍ個のアンテナ素子５２−１乃至５２−Ｍを備えて構成され、例えばコセカント２乗曲線などの所定の垂直面放射指向特性を有する進行波アレーアンテナ２とを備える。
【００３０】
ここで、これら２つの進行波アレーアンテナ１，２は互いに所定の間隔ｄｍで並置され、かつ各給電線路１１，１２の長手方向が互いに所定の交差角度φｍで交差し、好ましくはφｍ＝１８０度であって各給電線路１１，１２内の電磁波の進行方向が互いに逆向きとなるように並置されたことを特徴としている。なお、第１の実施形態においては、φｍ＝１８０度とし、各給電線路１１，１２の中心軸の長手方向は、Ｚ軸上に位置している。
【００３１】
図１において、無線送信機から出力される送信信号は、給電線路２２及び給電部２０を介して電力分配器２１に入力され、電力分配器２１は入力される送信信号を等しく２分配し、一方の送信信号を進行波アレーアンテナ１の給電線路１１に出力する一方、他方の送信信号を進行波アレーアンテナ２の給電線路１２に出力する。給電線路１１に入力された送信信号の電磁波は、給電線路１１内を矢印１１ａの方向で伝搬し、当該給電線路１１において並置された各アンテナ素子５１−１乃至５１−Ｎに対して順次分岐して給電しながら出力され、所定の狭ビーム及び低サイドローブの垂直面放射指向特性で放射される。一方、給電線路１２に入力された送信信号の電磁波は、給電線路１２内を矢印１２ａ（矢印１１ａとは逆向き）の方向で伝搬し、当該給電線路１２において並置された各アンテナ素子５２−１乃至５２−Ｍに対して順次分岐して給電しながら出力され、例えば所定のコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性で放射される。
【００３２】
以上のように構成された進行波合成アレーアンテナ装置１０１において、進行波アレーアンテナ１，２は同一のＺ軸上に配置されており、給電線路１１，１２内を進行している電磁波の進行方向は互いに逆向きである。そのため、送信信号の電磁波の周波数を変化したときにおける各進行波アレーアンテナ１，２の主ビーム方向の変動はお互いに逆方向に働くことにより打ち消し合い、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０１としての主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。
【００３３】
また、一方の進行波アレーアンテナ１の垂直面放射指向特性を狭ビーム及び低サイドローブとすることで、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０１の垂直面放射指向特性を、他方の進行波アレーアンテナ２の垂直面放射指向特性に近い特性にすることができる。ここで、狭ビーム及び低サイドローブの垂直面放射指向特性における狭ビームに対応する３ｄＢ幅（半値幅）の角度範囲は、好ましくは５度ないし４０度、より好ましくは５度ないし３０度、さらに好ましくは５度ないし４０度であり、低サイドローブに対応する相対振幅（主ビームを０ｄＢとしたとき）は、好ましくは−２０ｄＢ以下、より好ましくは、−３０ｄＢ以下である。
【００３４】
いま、進行波アレーアンテナ１，２をそれぞれＮ＝Ｍ＝１６であって中心周波数ｆ０＝２５．４８ＧＨｚで設計し、下限周波数ｆ１＝２５．２７ＧＨｚから上限周波数ｆ２＝２５．６９ＧＨｚまでの帯域幅Δｆ＝４２０ＭＨｚにおける主ビーム方向の変動量Δθを当該進行波アレーアンテナ１，２のアレーファクタ（アンテナ素子を波源とみたときに各アンテナ素子において指向特性が無いとしたときの放射パターンである。）で計算する。なお、実際の進行波アレーアンテナ１，２の垂直面放射指向特性は、アレーファクタと各アンテナ素子５１−１乃至５１−Ｎ，５２−１乃至５２−Ｍの垂直面放射指向特性であるエレメントファクタを乗算することにより計算することができる。ここで、給電線路１１，１２の管内波長λｇは、中心周波数ｆ０においてλｇ０＝９．６４ｍｍとし、下限周波数ｆ１においてλｇ１＝９．７６ｍｍとし、上限周波数ｆ２においてλｇ２＝９．５２ｍｍとしている。これは、高さ３．２ｍｍ×幅７ｍｍの矩形導波管の管内を誘電率εｒ＝２．２の誘電体で充填した誘電体導波管に相当している。
【００３５】
まず、進行波アレーアンテナ１のアンテナ素子間隔ｄ１を、ｄ１＝１０．５ｍｍと一定にし、進行波アレーアンテナ１の各アンテナ素子５１−１乃至５１−１６に対して、次の表１に示している励振振幅及び励振位相を有する電磁波を入力したときをシミュレーションし、そのシミュレーション結果である、周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２における垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）をそれぞれ図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
【００３６】
【表１】
――――――――――――――――――――――――――
素子番号      励振振幅［ｄＢ］    励振位相［度］
――――――――――――――――――――――――――
１          −２５．６４２        ０．０００
２          −２０．８２９        ９．８９５
３          −１３．８１４      １９．７９０
４            −８．７７５      ２９．６８５
５            −５．０９２      ３９．５７９
６            −２．４８９      ４９．４７４
７            −０．８１８      ５９．３６９
８              ０．０００      ６９．２６４
９              ０．０００      ７９．１５９
１０            −０．８１８      ８９．０５４
１１            −２．４８９      ９８．９４８
１２            −５．０９２    １０８．８４３
１３            −８．７７５    １１８．７３８
１４          −１３．８１４    １２８．６３３
１５          −２０．８２９    １３８．５２８
１６          −２５．６４２    １４８．４２３
―――――――――――――――――――――――――――
【００３７】
図２から明らかなように、各周波数において狭ビームかつ低サイドローブな垂直面放射指向特性を得ることができる。図２及び以下に示すアレーファクタを示す図において、進行波アレーアンテナ１，２のＺ軸に対して垂直な正面方向を垂直面角度＝０度とし、この角度０度の軸から、給電線路１１，１２内の電磁波の進行方向の軸に向かって回転する角度を正の角度としている。図２においては、下限周波数ｆ１のときの主ビームの角度は−３．０度であり、中心周波数ｆ０のときの主ビームの角度は−２．２度であり、上限周波数ｆ２のときの主ビームの角度は−１．４０度である。従って、周波数変化Δｆ＝４２０ＭＨｚに対する主ビーム方向の変動量Δθｔ＝＋１．６度である。
【００３８】
次いで、進行波アレーアンテナ２のアンテナ素子間隔ｄ２を、ｄ２＝８．４３ｍｍと一定にし、進行波アレーアンテナ２の各アンテナ素子５２−１乃至５２−１６に対して、次の表２に示している励振振幅及び励振位相を有する電磁波を入力したときをシミュレーションし、そのシミュレーション結果である、周波数ｆ０，ｆ１，ｆ２における垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）をそれぞれ図３（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。
【００３９】
【表２】
――――――――――――――――――――――――――
素子番号      励振振幅［ｄＢ］    励振位相［度］
――――――――――――――――――――――――――
１            ０．０００          ０．０００
２          −０．１４０      −３６．９１１
３          −０．３７９      −５３．３４０
４          −０．６２４      −６４．７５２
５          −１．１１２      −７５．６７２
６          −１．３９０      −８７．５７２
７          −１．４９７      −９６．９７６
８          −２．０１４    −１０５．１３９
９          −２．６１５    −１１５．６７３
１０          −２．７９２    −１２５．０８６
１１          −３．２４２    −１３０．５６８
１２          −４．２８２    −１３７．４８１
１３          −４．８３３    −１４７．３２８
１４          −４．７８７    −１５０．６９３
１５          −５．７４６    −１４６．７６７
１６          −９．１０６    −１５２．６４５
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
【００４０】
図３から明らかなように、各周波数においてコセンカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を得ることができる。図３においては、下限周波数ｆ１のときの主ビームの角度は＋１．３度であり、中心周波数ｆ０のときの主ビームの角度は＋２．２度であり、上限周波数ｆ２のときの主ビームの角度は＋３．０度である。従って、周波数変化Δｆ＝４２０ＭＨｚに対する主ビーム方向の変動量Δθｔ＝＋１．７度である。
【００４１】
２つの進行波アレーアンテナ１，２のうち進行波アレーアンテナ１への送信信号の給電電力を例えば１０ｄＢだけ、電力分配器２１と給電線路１１との間に挿入された減衰器を用いて減衰させることにより、進行波アレーアンテナ１の各アンテナ素子５１−１乃至５１−Ｎの励振振幅を１０ｄＢだけ下げている。これにより、進行波合成アレーアンテナ装置１０１の全体のアレーアンテナの指向特性は、進行波アレーアンテナ２の垂直面放射指向特性であるコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性が支配的になる。しかしながら、進行波合成アレーアンテナ装置１０１の周波数変化Δｆに対する主ビーム方向の変動量Δθｔも進行波アレーアンテナ２が支配的となる。そのため、進行波アレーアンテナ１のアンテナ素子間距離ｄ１を、進行波アレーアンテナ２のアンテナ素子間距離ｄ２より大きくしており、これにより、各進行波アレーアンテナ１，２間の主ビーム方向の変動量の相殺量を調整することができる。すなわち、この２つの要因が補完し合うことにより、コセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を保持しつつ、主ビーム方向の変動量Δθを抑圧する。
【００４２】
ここで、２つの進行波アレーアンテナ１，２間の距離ｄｍ＝８．４３ｍｍとして、進行波合成アレーアンテナ装置１０１のアレーファクタを計算した結果であって、周波数ｆ１，ｆ０，ｆ２における計算結果をそれぞれ図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す。なお、垂直面角度の定義は、進行波アレーアンテナ２の定義と同様である。図４から明らかなように、下限周波数ｆ１のときの主ビームの角度は＋２．３度であり、中心周波数ｆ０のときの主ビームの角度は＋２．４度であり、上限周波数ｆ２のときの主ビームの角度は＋２．５度である。従って、周波数変化Δｆ＝４２０ＭＨｚに対する主ビーム方向の変動量Δθｔ＝＋０．２度である。すなわち、電磁波の周波数が変化しても、コセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を保持しつつ、主ビーム方向の変動量をΔθ＝０．２度に抑えることができる。
【００４３】
以上のシミュレーションにおいては、一般性を重視し、アレーファクタの計算結果を示した。エレメントファクタや、励振係数の与え方により、主ビーム方向の変動量Δθは変化する。しかしながら、２つの進行波アレーアンテナ１，２への給電電力の配分と、素子間隔や給電線路内波長のバランスを適切にとることにより、進行波合成アレーアンテナ装置１０１の主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。
【００４４】
以上の実施形態において、アンテナ素子数Ｎ＝Ｍ＝１６のときのシミュレーション結果を示しているが、本発明はこれに限らず、Ｎ≠Ｍであってもよい。
【００４５】
以上の実施形態においては、２つの進行波アレーアンテナ１，２の交差角度φｍを１８０度に設定しているが、本発明はこれに限らず、所定の周波数変化Δｆに対する進行波アレーアンテナ１から放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量Δθｔと、上記周波数変化Δｆに対する進行波アレーアンテナ２から放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量Δθｃとが互いに実質的に相殺されるように、９０度＜φｍ＜２７０度の範囲に設定してもよく、好ましくは、１２０度＜φｍ＜２１０度、より好ましくは、１５０度＜φｍ＜２４０度に設定する。これにより、２つの進行波アレーアンテナ１，２の各垂直面放射指向特性により互いに相殺して、上記周波数変化Δｆによる主ビームの角度変動を抑圧することができる。すなわち、９０度＜φｍ＜２７０度の範囲に設定した場合においては、給電線路１１を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、給電線路１２を進行する送信信号の電磁波の進行方向とが少なくとも互いに直交せず、かつ各進行方向の交差角が鋭角にならないように、進行波アレーアンテナ１と進行波アレーアンテナ２とが並置される。この場合において、少なくとも放射電力の成分の一部が互いに相殺されることになる。一方、相殺効果を最大にするためには、φｍ＝１８０度に設定することが好ましく、このとき、給電線路１１を進行する送信信号の電磁波（直線偏波）の進行方向と、給電線路１２を進行する送信信号の電磁波（直線偏波）の進行方向とが互いに実質的に逆向きとなるように、進行波アレーアンテナ１と進行波アレーアンテナ２とが並置される。
【００４６】
以上の実施形態においては、進行波アレーアンテナ１は、狭ビーム及び低サイドローブの垂直面放射指向特性を有しており、少なくとも、所定の半値幅の主ビームを有し、進行波アレーアンテナ２に比較して低いサイドローブレベルとを備えた垂直面放射指向特性を有すればよい。ここで、より好ましくは、進行波アレーアンテナ１の放射指向特性は、
（ａ）アンテナ利得の最大値を含む、３０度以内の主ビーム半値幅と、
（ｂ）上記アンテナ利得の最大値から−２０ｄＢ以下のサイドローブレベルとを有する。
【００４７】
以上の実施形態においては、２つの進行波アレーアンテナ１，２のうち進行波アレーアンテナ１への送信信号の給電電力を例えば１０ｄＢだけ、電力分配器２１と給電線路１１との間に挿入された減衰器を用いて減衰させているが、この減衰量は、好ましくは、８乃至２０ｄＢの範囲で設定され、より好ましくは、８乃至１６ｄＢの範囲で設定される。
【００４８】
以上の実施形態においては、２つの進行波アレーアンテナ１，２のうち進行波アレーアンテナ１への送信信号の給電電力を例えば１０ｄＢだけ、電力分配器２１と給電線路１１との間に挿入された減衰器を用いて減衰させているが、進行波アレーアンテナ２への送信信号を増幅してその給電電力を増大させてもよい。すなわち、２つの進行波アレーアンテナ１，２への送信信号の給電電力を互いに異なるように制御してもよい。これについては、他の実施形態にも適用してもよい。
【００４９】
＜第２の実施形態＞
図５は本発明に係る第２の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０２の構成を示す斜視図であり、図６は図５の進行波アレーアンテナ２ａにおける２つのスロットペアアンテナ６２−ｍ，６２−（ｍ＋１）付近の構成を示す上面図である。
【００５０】
この第２の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０２は、第１の実施形態における給電線路１１，１２をそれぞれ矩形導波管１１ａ，１２ａで構成し、各アンテナ素子５１−１乃至５１−Ｎ，５２−１乃至５２−Ｍをそれぞれスロットペアアンテナで構成したことを特徴としている。進行波合成アレーアンテナ装置１０２は、
（ａ）−Ｚ軸方向で矩形導波管１１ａの長手方向に沿って所定の間隔ｄ１で並置されてなる複数Ｎ個のスロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎを備えて構成され、狭ビーム及び低サイドローブの垂直面放射指向特性を有する導波管スロットアレーアンテナである進行波アレーアンテナ１ａと、
（ｂ）−Ｚ軸方向とは逆方向であるＺ軸方向で矩形導波管１２ａの長手方向に沿って所定の間隔ｄ２で並置されてなる複数Ｍ個のスロットペアアンテナ６２−１乃至６２−Ｍを備えて構成され、例えばコセカント２乗曲線などの所定の垂直面放射指向特性を有する導波管スロットアレーアンテナである進行波アレーアンテナ２ａとを備え、
これら２つの進行波アレーアンテナ１ａ，２ａは互いに所定の間隔ｄｍ（間隔ｄｍは、各１番目のスロットペアアンテナ６１−１，６２−１の中央部間の距離をいう。）で並置され、かつφｍ＝１８０度であって各矩形導波管１１ａ，１２ａ内の電磁波の進行方向が互いに逆向きとなるように並置されたことを特徴としている。なお、第２の実施形態においては、各矩形導波管１１ａ，１２ａの中心軸の長手方向は、Ｚ軸上に位置している。
【００５１】
図５において、無線送信機に連結された給電矩形導波管２２ａは給電点２０ａにおいて電力分配器２１ａにより２分岐され、分岐された一方は、進行波アレーアンテナ２ａの矩形導波管１２ａの−Ｚ軸方向側の端部下面に形成された矩形形状の入力開口２５ａに連結される一方、分岐された他方は、矩形導波管内の減衰器２３ａを介して、進行波アレーアンテナ１ａの矩形導波管１１ａの＋Ｚ軸方向側の端部下面に形成された矩形形状の入力開口２４ａに連結される。
【００５２】
進行波アレーアンテナ２ａの上面においては、図６に示すように、互いに所定のスロット間隔ｈだけ離間されて並置された、長さＬ２の矩形スロット６４と、長さＬ１の矩形スロット６３とからそれぞれ構成される複数Ｍ対のスロットペアアンテナ６２−ｍ（ｍ＝１，２，…，Ｍ）が＋Ｚ軸方向に沿って所定の間隔ｄ２で形成される。ここで、第１のスロットペアアンテナ６２−１から矩形導波管１２ａの−Ｚ軸方向側の終端部までの距離は、無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように、管内波長の１／４の長さとなるように設定される一方、最後のスロットペアアンテナ６２−Ｍから矩形導波管１２ａの＋Ｚ軸方向側の終端部までの距離は、無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように、管内波長の１／４の長さとなるように設定される。
【００５３】
また、進行波アレーアンテナ１ａの上面においては、進行波アレーアンテナ２ａと同様に、互いに所定のスロット間隔ｈ’だけ離間されて並置された、長さＬ２’の矩形スロットと、長さＬ１’の矩形スロットとからそれぞれ構成される複数Ｎ対のスロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎが−Ｚ軸方向に沿って所定の間隔ｄ１で形成される。ここで、第１のスロットペアアンテナ６１−１から矩形導波管１１ａの＋Ｚ軸方向側の終端部までの距離は、無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように、管内波長の１／４の長さとなるように設定される一方、最後のスロットペアアンテナ６１−Ｎから矩形導波管１１ａの−Ｚ軸方向側の終端部までの距離は、無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように、管内波長の１／４の長さとなるように設定される。
【００５４】
従って、矩形導波管１１ａ上に形成された複数Ｎ対のスロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎを備えてなる導波管スロットアレーアンテナである進行波アレーアンテナ１ａが構成される一方、矩形導波管１２ａ上に形成された複数Ｍ対のスロットペアアンテナ６２−１乃至６２−Ｍを備えてなる導波管スロットアレーアンテナである進行波アレーアンテナ２ａが構成される。さらに、これら２つの進行波アレーアンテナ１ａ，２ａは各矩形導波管１１ａ，１２ａ内の電磁波の進行方向が互いに逆向きとなるように並置されて、これにより、進行波合成アレーアンテナ装置１０２を構成する。
【００５５】
以上のように構成された進行波合成アレーアンテナ装置１０２において、無線送信機から出力される送信信号の電磁波は、給電矩形導波管２２ａを介して給電部２０ａに設けられた電力分配器２１ａにより等分に２分配され、２分配された一方の電磁波は、矩形導波管１２ａの入力開口２５ａを介して矩形導波管１２ａ内に入力された後、矩形導波管１２ａ内を＋Ｚ軸方向でその終端部に向かって進行する。ここで、電磁波が矩形導波管１２ａ内を進行しつつ、各スロットペアアンテナ６２−１乃至６２−Ｍを介して概ねＹ軸方向に向かって放射される。また、２分配された他方の電磁波は、矩形導波管内の減衰器２３ａにより所定の減衰量だけ減衰された後、矩形導波管１１ａの入力開口２４ａを介して矩形導波管１１ａ内に入力された後、矩形導波管１１ａ内を−Ｚ軸方向でその終端部に向かって進行する。ここで、電磁波が矩形導波管１１ａ内を進行しつつ、各スロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎを介して概ねＹ軸方向に向かって放射される。
【００５６】
この実施形態においては、進行波アレーアンテナ１ａ，２ａは、給電線路が矩形導波管１１ａ，１２ａにより構成されているため、給電線路からの不要放射が無く、また、矩形導波管１１ａ，１２ａに対するスロット形成のみで進行波アレーアンテナを形成できるので、容易に進行波アレーアンテナ１ａ，２ａを形成できるという特徴がある。
【００５７】
この実施形態において、スロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎ，６２−１乃至６２−Ｍの各矩形スロットの長さや幅を変化することにより、進行波アレーアンテナ１ａ，２ａにおける励振振幅を制御し、各スロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎ，６２−１乃至６２−Ｍのアンテナ素子間距離を変化することにより、進行波アレーアンテナ１ａ，２ａにおける励振位相を制御することができる。これら励振振幅及び励振位相を含む励振係数を制御することで、一方の進行波アレーアンテナ１ａが、例えば第１の実施形態と同様に狭ビームかつ低サイドローブな垂直面放射指向特性を有するように形成することができ、他方の進行波アレーアンテナ２ａが、例えば第１の実施形態と同様にコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を有するように形成することができる。
【００５８】
第１の実施形態において示したような一般的な進行波合成アレーアンテナ装置１０１と同様に、進行する電磁波の周波数が変化したとき、矩形導波管１１ａ，１２ａ内の管内波長が変化するため、矩形導波管１１ａ，１２ａ内の進行波の位相遅れによるアンテナ素子間位相差Δφｄが変化する。また、進行する電磁波が各スロットペアアンテナ６１−１乃至６１−Ｎ，６２−１乃至６２−Ｍのスロットの直下部を通過する際にも、位相遅れ量Δφｔが生じ、この位相遅れ量Δφｔも周波数により変化する。電磁波の周波数が高くなると、位相差Δφｄ及び位相遅れ量Δφｔはともに大きくなるため、各アンテナ素子の励振位相差が大きくなり、進行波アレーアンテナ１ａ，２ａの垂直面放射指向特性の主ビーム方向は、Ｚ軸方向に対して垂直な方向から、矩形導波管１１ａ，１２ａ内の電磁波の進行方向に向かって回転して大きく傾くことになる。逆に、電磁波の周波数が低くなると、位相差Δφｄ及び位相遅れ量Δφｔは共に小さくなるため、進行波アレーアンテナ１ａ，２ａの垂直面放射指向特性の主ビーム方向は、Ｚ軸方向に対して垂直な方向から、矩形導波管１１ａ，１２ａ内の電磁波の進行方向とは逆の方向に向かって回転して大きく傾くことになる。
【００５９】
いま、２つの進行波アレーアンテナ１ａ，２ａの各矩形導波管１１ａ，１２ａ内の電磁波の進行方向は互いに逆向きになるように並置されているので、全体のアレーアンテナである進行波合成アレーアンテナ装置１０２としては、電磁波の周波数変化Δｆに対する主ビーム方向の変動を相殺して抑えることができる。
【００６０】
また、電力分配器２１ａの一方の分岐先の矩形導波管に減衰器２３ａを設け、進行波アレーアンテナ１ａの矩形導波管１１ａへの電磁波の電力を減少させているので、第１の実施形態と同様に、進行波合成アレーアンテナ装置１０２における全体のアレーアンテナとしての周波数変化Δｆに対する主ビーム方向の変動量Δθを制御することができる。本実施形態においては、狭ビームかつ低サイドローブな指向特性を有する進行波アレーアンテナ１ａへの給電電力を減少させている。これにより、コセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を有する進行波アレーアンテナ２ａからの放射電力が支配的になり、進行波合成アレーアンテナ装置１０２における全体の垂直面放射指向特性は、コセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性に近いものとなる。さらに、進行波合成アレーアンテナ装置１０２の主ビーム方向の変動も進行波アレーアンテナ２ａのそれが支配的になるため、進行波アレーアンテナ１ａの周波数変化Δｆに対する主ビーム方向の変動が大きい垂直面放射指向特性を用いることで、進行波合成アレーアンテナ装置１０２における全体の主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態によれば、２つの進行波アレーアンテナ１ａ，２ａを、各矩形導波管１１ａ，１２ａ内の電磁波の進行方向が互いに逆向きになるように並置することにより、周波数変換Δｆに対する、垂直面放射指向特性における主ビームの変動量Δθを抑えることができる。
【００６２】
＜第３の実施形態＞
図７は本発明に係る第３の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０３の構成を示す斜視図であり、図８は図７の進行波合成アレーアンテナ装置１０３の上面図であり、図９は図８のＡ−Ａ’面の縦断面図である。この第３の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０３は、それぞれ誘電体基板２０１上に形成されたスロットアレーアンテナである進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂを誘電体基板２０１内の給電線路を進行する電磁波の進行方向が互いに逆向きになるように（φｍ＝１８０度）並置して構成したことを特徴としている。
【００６３】
図９において、誘電体基板２０１の上面には上面導体２０２が形成される一方、その下面には下面導体２０３が形成され、その両側面にはそれぞれ側面導体２０４，２０５が形成されるとともに、誘電体基板２０１の長手方向の各端部には終端導体（図示せず。）が形成され、当該誘電体基板２０１は擬似的な給電矩形導波管１１ｂを構成している。また、図７及び図８に示すように、進行波アレーアンテナ１ｂ側の誘電体基板２０１の幅をａｔとし、進行波アレーアンテナ２ｂ側及び中央部の誘電体基板２０１の幅をａｃ（＞ａｔ）としている。さらに、進行波アレーアンテナ１ｂ側の誘電体基板２０１上の上面導体２０２において、−Ｚ軸方向に沿って所定のアンテナ素子間隔ｄ１で８個の矩形スロットを、例えばエッチング法により形成することにより８個のスロットアンテナ７１−１乃至７１−８を備えたスロットアレーアンテナを形成し、これにより進行波アレーアンテナ１ｂを構成している。一方、進行波アレーアンテナ２ｂ側の誘電体基板２０１上の上面導体２０２において、＋Ｚ軸方向に沿って所定のアンテナ素子間隔ｄ２で８個の矩形スロットを、例えばエッチング法により形成することにより８個のスロットアンテナ７２−１乃至７２−８を備えたスロットアレーアンテナを形成し、これにより進行波アレーアンテナ２ｂを構成している。なお、各矩形スロットは、その長手方向が、Ｚ軸に対して垂直な方向と平行となるように形成されている。
【００６４】
２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂ間、すなわち、各第１のスロットアンテナ７１−１，７２−１間は、所定の離間距離ｄｍだけ離れるように設定される。また、誘電体基板２０１の長手方向の中央部の下面導体２０３において給電矩形導波管を連結するための矩形形状の入力開口２５ｂが形成され、その中心から第１のスロットアンテナ７１−１までの距離ｄ１ｉは無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように管内波長の１／４波長の整数倍に設定され、入力開口２５ｂの中心から第１のスロットアンテナ７２−１までの距離ｄ２ｉは無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように管内波長の１／４波長の整数倍に設定される。また、第８のスロットアンテナ７１−８から直近の終端導体（図示せず。）までの距離ｄ１ｅも無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように管内波長の１／４波長の整数倍に設定され、第８のスロットアンテナ７２−８から直近の終端導体（図示せず。）までの距離ｄ２ｅも無反射終端状態（開放インピーダンス状態）となるように管内波長の１／４波長の整数倍に設定される。
【００６５】
上述のように、進行波アレーアンテナ１ｂ側の誘電体基板２０１の幅をａｔとし、進行波アレーアンテナ２ｂ側及び中央部の誘電体基板２０１の幅をａｃとしており、入力開口２５ｂと、第１のスロットアンテナ７１−１との間に、誘電体基板２０１の幅が急激に変化する部分が形成され、これが減衰器部２３ｂを形成している。なお、本実施形態においては、進行波アレーアンテナ１ｂにおいて、Ｚ軸から幅方向の縁端部までの距離がａｔ／２になるように設定され、進行波アレーアンテナ２ｂにおいて、Ｚ軸から幅方向の縁端部までの距離がａｃ／２になるように設定される。
【００６６】
以上のように構成された進行波合成アレーアンテナ装置１０３においては、給電矩形導波管（図示せず。）から入力開口２５ｂを介して入力された送信信号の電磁波は、入力開口２５ｂの直上の矩形導波管１１ｂにおいて２分配され、２分配された一方の電磁波は、Ｚ軸方向に沿って進行波アレーアンテナ２ｂ内の矩形導波管１１ｂを進行しながら、各スロットアンテナ７２−１乃至７２−８を介して放射され、他方の電磁波は、減衰器部２３ｂで所定の減衰を受けた後、−Ｚ軸方向に沿って進行波アレーアンテナ１ｂ内の矩形導波管１１ｂを進行しながら、各スロットアンテナ７１−１乃至７１−８を介して放射される。
【００６７】
以上のように構成された進行波合成アレーアンテナ装置１０３においては、入力開口２５ｂを１つとし、２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂを誘電体基板２０１を用いて一体化して形成している。各スロットアンテナ７１−１乃至７１−８，７２−１乃至７２−８の各矩形スロットの長さや幅を変化することにより進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂに対する励振振幅を制御し、各アンテナ素子間距離ｄ１，ｄ２を変化することにより、進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂに対する励振位相を制御することができる。これら励振振幅及び励振位相を含む励振係数を制御することで、一方の進行波アレーアンテナ１ｂが第１の実施形態と同様に所定の狭ビームかつ低サイドローブな垂直面放射指向特性を有するように形成し、他方の進行波アレーアンテナ２ｂが第１の実施形態と同様に所定のコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を有するように形成することができる。
【００６８】
ここで、擬似的な給電矩形導波管１１ｂ内で互いに逆方向に進行する電磁波を伝搬させる２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂを設けたことで、周波数変化Δｆに対する各進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂの垂直面放射指向特性の主ビーム方向が互いに逆向きに変動するために、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０３における主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。このとき、一方の進行波アレーアンテナ１ｂが所定の狭ビームかつ低サイドローブな垂直面放射指向特性を有するため、進行波合成アレーアンテナ装置１０３の垂直面放射指向特性は、他方の進行波アレーアンテナ２ｂのコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性と同様の放射指向特性となる。
【００６９】
また、進行波アレーアンテナ１ｂの管幅をａｔとし、進行波アレーアンテナ１ｂの管幅ａｃに対して小さくなるように設定しているので、入力開口２５ｂから各進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂの矩形導波管１１ｂを見たときの入力インピーダンスは２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂで互いに異なり、２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂに入力される電磁波の電力に差を与えることができる。言い換えれば、進行波アレーアンテナ１ｂに入力される電磁波は減衰器部２３ｂによる減衰を受ける。このように、進行波アレーアンテナ２ｂに比較して、進行波アレーアンテナ１ｂへの給電する電磁波の電力を小さくしているため、進行波アレーアンテナ１ｂの放射電力も小さくなり、進行波アレーアンテナ２ｂから放射される電磁波の電力が支配的になる。そのため、進行波合成アレーアンテナ装置１０３の垂直面放射指向特性は、よりコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性に近い垂直面放射指向特性になる。
【００７０】
進行波アレーアンテナ１ｂの管幅を進行波アレーアンテナ２ｂよりも小さくしたことにより、放射電力は小さくなるが、周波数変化Δｆに対する管内波長の変化量は大きくなるため、進行波アレーアンテナ１ｂの垂直面放射指向特性の主ビーム方向の変動量Δθはコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性のものより大きくなる。この２つの要因が補完し合うため、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０３は、コセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を保持しながら、主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。
【００７１】
以上の実施形態においては、２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂの管幅に差を与えて減衰器部２３ｂを形成しているが、それらの管高に差を与えることによっても、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
また、誘電体基板２０１による矩形導波管１１ｂ内は中空であっても、誘電体が充填されていてもよい。充填する誘電体の誘電率により、矩形導波管１１ｂ内の管内波長を小さくすることができる。これにより、当該進行波合成アレーアンテナ装置１０３の全体の構成を小さくできるのみでなく、スロットアンテナ素子間の距離を小さくすることができるため、垂直面放射指向特性のグレーティングローブを大幅に抑圧することができる。例えば、進行波アレーアンテナ１ｂの誘電率を進行波アレーアンテナ２ｂの誘電率よりも大きくした場合、進行波アレーアンテナ１ｂの矩形導波管１１ｂの管内波長を、進行波アレーアンテナ２ｂの矩形導波管１１ｂの管内波長よりも小さくすることができ、所定の波長の電磁波を伝搬させるときに進行波アレーアンテナ１ｂでの伝搬減衰量を、進行波アレーアンテナ２ｂでの伝搬減衰量よりも大きくすることができるとともに、進行波アレーアンテナ１ｂでの上述の位相遅れ量を、進行波アレーアンテナ２ｂでの位相遅れ量よりも大きくすることができる。
【００７３】
さらに、誘電体基板２０１の誘電率についても、進行波アレーアンテナ１ｂの誘電体基板２０１の誘電率と、進行波アレーアンテナ２ｂの誘電体基板２０１の誘電率とを互いに異なるように形成してもよい。上述の通り、誘電体基板２０１の誘電率により、管内波長が変わるため、各進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂの各矩形導波管１１ｂに異なる誘電率の誘電体を充填することにより、２つの進行波アレーアンテナ１ｂ，２ｂの垂直面放射指向特性の主ビーム方向の変動量Δθに差を与えることで、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０３の主ビーム方向の変動量を制御することができる。
【００７４】
以上の実施形態においては、矩形導波管を用いているが、円形導波管など他の形状の導波管などの伝送線路を用いてもよい。
【００７５】
＜第４の実施形態＞
図１０は本発明に係る第４の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０４の構成を示す斜視図であり、図１１は図１０の進行波合成アレーアンテナ装置１０４の上面図であり、図１２は図１０の進行波合成アレーアンテナ装置１０４の下面図であり、図１３は図１１のＢ−Ｂ’面の縦断面図である。この第４の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０４は、それぞれ誘電体基板３０１上に形成された公知のポスト壁誘電体導波管スロットアレーアンテナである進行波アレーアンテナ１ｃ，２ｃを誘電体基板３０１内の給電線路を進行する電磁波の進行方向が互いに逆向きになるように（φｍ＝１８０度）並置して構成したことを特徴としている。
【００７６】
図１３において、誘電体基板３０１の上面には上面導体３０２が形成される一方、その下面には下面導体３０３が形成され、その両側面近傍及び誘電体基板３０１の長手方向の各端部近傍には、誘電体基板３０１の厚さ方向を貫通するように内径ｓの複数のスルーホール８３が所定の間隔ｔで形成された後、その内周面にスルーホール導体８３ｃが形成され、スルーホール８３が形成された位置においては、スルーホール導体８３ｃにより上面導体３０２と下面導体３０３とが電気的に接続され、これにより、いわゆる「ポスト壁」を形成している。また、図１１及び図１２に示すように、進行波アレーアンテナ１ｃ側のポスト壁幅をａｅｔとし、進行波アレーアンテナ２ｃ側及び中央部のポスト壁幅をａｅｃ（＞ａｅｃ）としている。以上のように構成された、上面導体３０２と下面導体３０３とポスト壁により、電磁波を閉じ込めて伝搬させる擬似的な矩形導波管を形成することができ、これを「ポスト壁誘電体導波管」１１ｃという。
【００７７】
さらに、進行波アレーアンテナ１ｃ側の誘電体基板３０１上の上面導体３０２において、−Ｚ軸方向に沿って所定のアンテナ素子間隔ｄ１で８個の矩形スロットを、例えばエッチング法により形成することにより８個のスロットアンテナ８１−１乃至８１−８を備えたスロットアレーアンテナを形成し、これにより進行波アレーアンテナ１ｃを構成している。一方、進行波アレーアンテナ２ｃ側の誘電体基板３０１上の上面導体３０２において、＋Ｚ軸方向に沿って所定のアンテナ素子間隔ｄ２で８個の矩形スロットを、例えばエッチング法により形成することにより８個のスロットアンテナ８２−１乃至８２−８を備えたスロットアレーアンテナを形成し、これにより進行波アレーアンテナ２ｃを構成している。なお、各矩形スロットは、その長手方向が、Ｚ軸に対して垂直な方向と平行となるように形成されている。
【００７８】
２つの進行波アレーアンテナ１ｃ，２ｃ間、すなわち、各第１のスロットアンテナ８１−１，８２−１間は、所定の離間距離ｄｍだけ離れるように設定される。また、図１２に示すように、誘電体基板３０１の長手方向の中央部の下面導体３０３において給電矩形導波管を連結するための矩形形状の入力開口２５ｃが形成される。さらに、入力開口２５ｃと、第１のスロットアンテナ８１−１との間の略中間位置であって誘電体基板３０１の幅方向の中央部において、誘電体基板３０１の厚さ方向を貫通するように内径ｓの１個のスルーホール８４が形成された後、その内周面にスルーホール導体（図示せず。）が形成され、スルーホール８４が形成された位置においては、当該スルーホール導体により上面導体３０２と下面導体３０３とが電気的に接続され、これにより、「ポスト壁」を形成している。このポスト壁は、入力開口２５ｃを介して入力された後、進行波アレーアンテナ１ｃに入力される電磁波を所定の減衰量で減衰させる減衰器部（第３の実施形態における減衰器部２３ｂに対応する）を構成している。
【００７９】
上述のように、進行波アレーアンテナ１ｃ側のポスト壁幅をａｅｔとし、進行波アレーアンテナ２ｂ側及び中央部のポスト壁幅をａｅｃとしており、入力開口２５ｃと、第１のスロットアンテナ８１−１との間に設けられたスルーホール８４によるポスト壁が形成され、これが減衰器部を形成している。
【００８０】
以上のように構成された進行波合成アレーアンテナ装置１０４においては、給電矩形導波管（図示せず。）から入力開口２５ｃを介して入力された送信信号の電磁波は、入力開口２５ｃの直上のポスト壁誘電体導波管１１ｃにおいて２分配され、２分配された一方の電磁波は、Ｚ軸方向に沿って進行波アレーアンテナ２ｃ内のポスト壁誘電体導波管１１ｃを進行しながら、各スロットアンテナ８２−１乃至８２−８を介して放射され、他方の電磁波は、スルーホール８４による減衰器部で所定の減衰を受けた後、−Ｚ軸方向に沿って進行波アレーアンテナ１ｃ内のポスト壁誘電体導波管１１ｃを進行しながら、各スロットアンテナ８１−１乃至８１−８を介して放射される。
【００８１】
この実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０４において、誘電体基板３０１の誘電率、厚さ、スルーホール８３，８４の内径ｓ及び間隔ｔ、ポスト壁幅ａｅｔ，ａｅｃを変化することにより、ポスト壁誘電体導波管１１ｃの管内波長を変化させることができ、このポスト壁誘電体導波管１１ｃを、同一の管内波長を有する金属壁の誘電体矩形導波管と等価であることを仮定して、当該アンテナ装置１０４の設計を行うことができる。また、進行波合成アレーアンテナ装置１０４を誘電体基板３０１を用いて構成するため、薄型で、且つ安価に製作することができる。
【００８２】
さらに、各スロットアンテナ８１−１乃至８１−８，８２−１乃至８２−８の矩形スロットの長さや幅を変化することにより、当該各スロットアンテナに対する励振振幅を制御し、アンテナ素子間距離ｄ１，ｄ２を変化することにより励振位相を制御することで、所望の垂直面指向特性を得ることができる。本実施形態においては、一方の進行波アレーアンテナ１ｃが第１の実施形態と同様に所定の狭ビームかつ低サイドローブな垂直面指向特性を有する用に形成し、他方の進行波アレーアンテナ２ｃが第１の実施形態と同様に所定のコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を有するように形成する。
【００８３】
このポスト壁誘電体導波管１１ｃを用いた進行波アレーアンテナ１ｃ，２ｃも進行波アレーアンテナであり、所定の周波数変化Δｆに対して、垂直面放射指向特性の主ビーム方向が変動する。しかしながら、入力開口２５ｃにおいて、２方向にポスト壁誘電体導波管１１ｃが分岐しているため、２つの進行波アレーアンテナ１ｃ，２ｃの各進行する電磁波の進行方向は互いに逆向きとなっており、主ビーム方向の変動量Δθがお互い相殺して逆方向に働き、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０４においては、主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。
【００８４】
また、一方の進行波アレーアンテナ２ｃの垂直面放射指向特性が所定の狭ビームかつ低サイドローブな指向特性であるため、進行波合成アレーアンテナ装置１０４の垂直面放射指向特性はコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性を保持できる。
【００８５】
図１０乃至図１２に示すように、進行波アレーアンテナ１ｃ側のポスト壁誘電体導波管１１ｃ内にスルーホール８４による減衰器部を設けているので、進行波アレーアンテナ１ｃへの給電電力を減少させることができるため、全体の進行波合成アレーアンテナ装置１０４の垂直面放射指向特性はよりコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性に近い垂直面放射指向特性を得ることができる。
【００８６】
また、進行波アレーアンテナ１ｃのポスト壁幅ａｅｔを進行波アレーアンテナ２ｃのポスト壁幅ａｅｃよりも小さく設定している。ポスト壁幅を小さくすることは、ポスト壁誘電体導波管を金属壁誘電体導波管と等価に仮定したとき、導波管幅が小さくなったことと等価になるため、第３の実施形態と同様に、よりコセカント２乗曲線の垂直面放射指向特性に近い垂直面放射指向特性を得ることができるとともに、主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができる。
【００８７】
以上の実施形態においては、２つの進行波アレーアンテナ１ｃ，２ｃのポスト壁幅を異なるように設定しているが、スルーホール８３の内径ｓや間隔ｔを変化させることでも、導波管幅を等価的に変化させることができ、同様の効果を得ることができる。一般的に、スルーホール８３の内径ｓを大きくすることにより、管内波長を大きくすることができ、間隔ｔを大きくすることにより、管内波長を小さくすることができる。
【００８８】
例えば、進行波アレーアンテナ１ｃのスルーホール８３の内径ｓを進行波アレーアンテナ２ｃのそれよりも対応して小さくした場合、進行波アレーアンテナ１ｃのポスト壁誘電体導波管１１ｃの管内波長を、進行波アレーアンテナ２ｃのポスト壁誘電体導波管１１ｃの管内波長よりも小さくすることができ、所定の波長の電磁波を伝搬させるときに進行波アレーアンテナ１ｃでの伝搬減衰量を、進行波アレーアンテナ２ｃでの伝搬減衰量よりも大きくすることができるとともに、進行波アレーアンテナ１ｃでの上述の位相遅れ量を、進行波アレーアンテナ２ｃでの位相遅れ量よりも大きくすることができる。
【００８９】
また、進行波アレーアンテナ１ｃのスルーホール８３の間隔ｔを進行波アレーアンテナ２ｃのそれよりも対応して大きくした場合、進行波アレーアンテナ１ｃのポスト壁誘電体導波管１１ｃの管内波長を、進行波アレーアンテナ２ｃのポスト壁誘電体導波管１１ｃの管内波長よりも小さくすることができ、所定の波長の電磁波を伝搬させるときに進行波アレーアンテナ１ｃでの伝搬減衰量を、進行波アレーアンテナ２ｃでの伝搬減衰量よりも大きくすることができるとともに、進行波アレーアンテナ１ｃでの上述の位相遅れ量を、進行波アレーアンテナ２ｃでの位相遅れ量よりも大きくすることができる。
【００９０】
＜第５の実施形態＞
図１４は本発明に係る第５の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０５の構成を示す斜視図である。第５の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置は、図１に図示した第１の実施形態に比較して、以下の相違点を有することを特徴としている。その他の構成は同様である。すなわち、給電点を介して入力される送信信号は、電力分配器２１により同一の分配比で電力分配された後、分配後の一方の送信信号は減衰器２３を介して進行波アレーアンテナ１に入力される一方、分配後の他方の送信信号はそのまま進行波アレーアンテナ２に入力される。
【００９１】
以上のように構成された第５の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０５において、進行波アレーアンテナ１は、進行波アレーアンテナ２に比較して狭ビームかつ低サイドローブの指向性を有するように構成され、進行波アレーアンテナ２は、コセカント２乗の指向性を有するように構成されている。減衰器２３により、進行波アレーアンテナ１への送信信号の給電電力を、進行波アレーアンテナ２に比較して減衰させることにより、周波数変化に対する主ビーム方向を変動を抑えたアレーアンテナ構成となっている。
【００９２】
＜第６の実施形態＞
図１５は本発明に係る第６の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０６の構成を示す斜視図である。第６の実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０６は、
（ａ）第５の実施形態における進行波アレーアンテナ１を、各アンテナ素子で２つのスロットを有し（第２の実施形態）かつポスト壁誘電体導波管を用いて構成し（第４の実施形態）、
（ｂ）第５の実施形態における進行波アレーアンテナ２を、各アンテナ素子で２つのスロットを有し（第２の実施形態）かつポスト壁誘電体導波管を用いて構成した（第４の実施形態）ことを特徴としている。
【００９３】
図１５において、給電点及び同軸ケーブル２７ａを介して入力される送信信号は、電力分配器２１により同一の分配比で電力分配された後、分配後の一方の送信信号は減衰器２３及び同軸ケーブル２７ｂを介して同軸導波管変換器２６ａにに入力される一方、分配後の他方の送信信号はそのまま同軸ケーブル２７ｃを介して同軸導波管変換器２６ｂに入力される。同軸導波管変換器２６ａは入力される送信信号を導波管を伝搬する送信信号に変換した後、接続導波管２８及び、進行波アレーアンテナ１ｄの導波管の入力開口２５ｄを介して進行波アレーアンテナ１ｄの導波管内に入力され、その後、送信信号は当該導波管を伝搬しながら各アンテナ素子から放射される。一方、同軸導波管変換器２６ｂは入力される信信号を導波管を伝搬する送信信号に変換した後、接続導波管２９及び、進行波アレーアンテナ１ｄの導波管の入力開口２５ｅを介して進行波アレーアンテナ２ｄの導波管内に入力され、その後、送信信号は当該導波管を伝搬しながら各アンテナ素子から放射される。
【００９４】
本実施形態においては、第５の実施形態と同様に、進行波アレーアンテナ１ｄは、進行波アレーアンテナ２に比較して狭ビームかつ低サイドローブの指向性を有するように構成され、進行波アレーアンテナ２ｄは、コセカント２乗の指向性を有するように構成されている。
【００９５】
図１５において、２つの接続導波管２８，２９の伝送路長さを互いに同一にしたとき、２本の同軸ケーブル２７ｂ，２７ｃの長さの差を調整することにより、進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄの導波管の入力開口２５ｄ，２５ｅにおける位相が互いに同相になるように設定している。また、減衰器２３の減衰量を調整することにより、２個の進行波アレーアンテナ１，２への送信信号の給電電力量を制御して設定している。
【００９６】
以上のように構成された進行波合成アレーアンテナ装置１０６のシミュレーション結果について図１６乃至図１８を参照して以下に説明する。
【００９７】
図１６（ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１５の進行波アレーアンテナ１ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、図１６（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１５の進行波アレーアンテナ１ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、図１６（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１５の進行波アレーアンテナ１ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。図１７（ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１５の進行波アレーアンテナ２ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、図１７（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１５の進行波アレーアンテナ２ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、図１７（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１５の進行波アレーアンテナ２ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。図１８（ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１５の進行波合成アレーアンテナ装置１０６の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、図１８（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１５の進行波合成アレーアンテナ装置１０６の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、図１８（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１５の進行波合成アレーアンテナ装置１０６の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【００９８】
図１６から明らかなように、進行波アレーアンテナ１ｄの主ビームの半値幅（アンテナ利得の最大値で規格化した振幅の−３ｄＢでの主ビームの半値幅をいう。）は主ビームの最大値を含み、３０°以内であって狭ビームであり、サイドローブも−２０ｄＢ以下の（進行波アレーアンテナ２ｄに比較して）低いサイドローブレベルを有するテーラー指向特性を有している。一方、進行波アレーアンテナ２ｄは、コセカント２乗曲線に沿ったコセカント２乗の指向特性を有している。本実施形態において、進行波アレーアンテナ１の周波数を下限周波数ｆ１＝２５．２７ＧＨｚから上限周波数ｆ２＝２５．６９ＧＨｚまで変化したときの主ビーム方向の変動量Δθｔは、７．９度であり、進行波アレーアンテナ２の変動量Δθｃ＝３．８度に比べて、約２倍である。
【００９９】
減衰器２３の減衰量を１６ｄＢとし、同軸ケーブル２７ｂ，２７ｃの長さの差を調整することにより、進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄの入力開口２５ｄ，２５ｅ（給電点）での位相を互いに同相にした場合の放射指向性の測定結果を図１８に示す。図１８から明らかなように、コセカント２乗の指向特性を有する進行波アレーアンテナ２ｄ単体の指向特性に比較して、本実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０６を用いることで、０．９度まで、主ビーム方向の変動量Δθを抑えることができている。また、比較的狭ビームでかつ低サイドローブの指向特性を有する進行波アレーアンテナ１ｄを用いているが、減衰器２３を用いて、当該進行波アレーアンテナ１ｄに入力される送信信号の入力電力を抑えることにより、コセカント２乗の指向特性を乱さない結果となっている。
【０１００】
従って、本実施形態に係る進行波合成アレーアンテナ装置１０６によれば、主ビーム方向の変動量Δθを抑えたコセカント２乗の指向特性を有するアレーアンテナ装置を実現できる。
【０１０１】
＜第６の実施形態の変形例＞
図１９は、第６の実施形態の第１の変形例であって、電力分配部の構成を示す横断面図である。図１９において、それぞれ図１５に図示された進行波アレーアンテナ１ｄの導波管と、進行波アレーアンテナ２ｄの導波管が、図１０の第４の実施形態と同様に、図１５の互いに対向する中央部で連結され（図１９乃至図２０においては、導波管を形成する壁をスルーホール導体８３ｃではなく実線で図示している。なお、当該導波管は第１乃至第３の実施形態と同様の通常の導波管であってもよい。）、その中央部に当該導波管の長手方向とは直交する方向に突出して延在するように、分岐導波管３０が形成され、当該分岐導波管３０の終端部近傍に、給電点２０に接続される入力開口３１が形成されている。さらに、上記中央部の進行波アレーアンテナ１ｄ側の入力端近傍に、複数の導体ピン８４ａがその長手方向が導波管の厚さ方向と平行となるように設けられている。以上のように構成された電力分配部においては、入力開口３１を介して入力された送信信号は分岐導波管３０を伝搬した後、上記中央部で分岐導波管３０とは直交する２つの方向に分配されて、各分配された送信信号は各進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄに入力されるが、進行波アレーアンテナ１ｄの入力端近傍では、そこを伝搬する送信信号は、複数の導体ピン８４ａが形成されているために、複数の導体ピン８４ａの数に応じて決定される減衰量の減衰を受けて進行波アレーアンテナ１ｄに入力される。従って、当該第１の変形例は、図１５に図示された、電力分配器２１と減衰器２３の構成と同様の構成を有する。以上の第１の変形例においては、複数の導体ピン８４ａを設けているが、これに代えて、例えばより径の大きい、１本の導体ピンであってもよい。
【０１０２】
図２０は第６の実施形態の第２の変形例であって、電力分配部の構成を示す横断面図である。図２０においては、図１９の複数の導体ピン８４ａに代えて、進行波アレーアンテナ１ｄの入力端部に当該導波管の横方向の幅を狭くするための導波管壁８４ｂを形成したことを特徴としている。以上のように構成された電力分配部においては、入力開口３１を介して入力された送信信号は分岐導波管３０を伝搬した後、上記中央部で分岐導波管３０とは直交する２つの方向に分配されて、各分配された送信信号は各進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄに入力されるが、進行波アレーアンテナ１ｄの入力端近傍では、そこを伝搬する送信信号は、導波管壁８４ｂが形成されているために、当該導波管壁８４ｂの幅に応じて決定される減衰量の減衰を受けて進行波アレーアンテナ１ｄに入力される。従って、当該第２の変形例は、図１５に図示された、電力分配器２１と減衰器２３の構成と同様の構成を有する。
【０１０３】
図２１は第６の実施形態の第３の変形例であって、電力分配部の構成を示す横断面図である。図２１において、それぞれ図１５に図示された進行波アレーアンテナ１ｄの導波管と、進行波アレーアンテナ２ｄの導波管が、図１０の第４の実施形態と同様に、図１５の互いに対向する中央部で連結され、かつ、第３の実施形態と同様に、２つの進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄの導波管の各幅を互いに異ならせている。ここで、進行波アレーアンテナ１ｄの導波管の幅は、進行波アレーアンテナ２ｄの導波管の幅よりも狭い。また、上記中央部において、給電点に接続される入力開口３１を形成している。以上のように構成することにより、進行波アレーアンテナ１ｄを伝搬する送信信号は、進行波アレーアンテナ２ｄを伝搬する送信信号に比較して、所定の減衰量の減衰を受け、上述の第１と第２の変形例と同様の作用効果を有する。
【０１０４】
【実施例】
本発明者らは、第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置を試作してその電気的特性について実験を行った。以下、その実験結果について説明する。第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置のシミュレーション結果（数値解析結果）について上述したが、その妥当性を、当該実験を通して検証する。
【０１０５】
進行波アレーアンテナ１ｄに対する励振振幅をＡｔとし、進行波アレーアンテナ２ｄに対する励振振幅をＡｃとし、進行波アレーアンテナ１ｄにおける主ビーム方向の変動量をΔθｔとし、進行波アレーアンテナ２ｄにおける主ビーム方向の変動量をΔθｃとしたとき、第６の実施形態のシミュレーションでは、励振振幅比Ａｃ／Ａｔ＝１２ｄＢ、主ビーム方向の変動量比Δθｔ／Δθｃ＝２．２が数値計算により、最適値として得られている。ここで、試作装置の設計条件を次の表に示す。
【０１０６】
【表３】
進行波アレーアンテナ装置１０６の設計条件
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
進行波アレーアンテナ１ｄ  進行波アレーアンテナ２ｄ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
比誘電率εｒ                    ６                      ２．２
基板厚［ｍｍ］                １．６                    ３．２
スルーホール半径［ｍｍ］      ０．６                    ０．６
スルーホールピッチ［ｍｍ］    ２．４                    ２．４
ポスト壁導波管幅［ｍｍ］      ５．５６                  ７．９３
スロットペア数                  １６                      １６
アレー長［ｍｍ］              １１０                    １６０
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
【０１０７】
ここでは、実験的な手法として、励振振幅比Ａｃ／Ａｔは、図１５に示すように、電力分配器２１と減衰器２３により、給電電力を分配することで得る。このときの電力分配器２１として、ヒューレット・パッカード製ＨＰ−８７３０４Ｃ型ハイブリッド・デバイダを用いている。この電力分配器２１は、１つの入力信号に対して、等振幅でかつ同相の２つの出力信号が得られるものである。そして、減衰器２３により、進行波アレーアンテナ１ｄに対する励振振幅を下げることで、励振振幅比Ａｃ／Ａｔを得る。このとき、減衰器２３の減衰量ｘ［ｄＢ］は、次式で表される。
【０１０８】
【数１】
2003318649.tif 000001
【０１０９】
この式において、Ａｔ（ｎ）は、進行波アレーアンテナ１ｄのｎ番目のアンテナ素子における励振振幅を示し、Ａｃ（ｎ）は、進行波アレーアンテナ２ｄのｎ番目のアンテナ素子における励振振幅を表している。また、主ビーム方向の変動量比Δθｔ／Δθｃは、上述したように、各導波管をそれぞれ構成する各誘電体基板の比誘電率の差により与える。なお、実験の装置構成は、図１５と同様である。図１５において、上述のように、２本の同軸ケーブル２７ｂ，２７ｃの線路長の差を調整することにより、進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄの各入力端部での送信信号の位相差を実質的に０となるように調整している。
【０１１０】
次いで、各進行波アレーアンテナ１ｄ，２ｄの構造パラメータを次の表に示す。
【０１１１】
【表４】
進行波アレーアンテナ１ｄの構造パラメータ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
素子番号    素子位置  スロット長Ｌ１  スロット長Ｌ２  スロット間隔ｄ１
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
１        ４．８１４  １．７２６      １．７３５      ０．６６２
２      １０．２４３  １．８０８      １．８２１      ０．６６８
３      １５．６１４  ２．０９３      ２．１１４      ０．６４１
４      ２０．８５１  ２．４０１      ２．４３３      ０．５９２
５      ２５．９３３  ２．５７３      ２．６１２      ０．５５０
６      ３０．８０８  ２．７４１      ２．７８４      ０．４８２
７      ３５．４７５  ２．８２９      ２．８７２      ０．４３２
８      ３９．９３２  ２．９３９      ２．９８０      ０．３５６
９      ４４．１３６  ２．９９３      ３．０３１      ０．３１４
１０    ４８．１２９  ３．０７５      ３．１０７      ０．２４４
１１    ５２．０４５  ３．０４９      ３．０８３      ０．２６７
１２    ５５．９５７  ３．０２３      ３．０５９      ０．２８９
１３    ６０．０２９  ２．８９３      ２．９３５      ０．３９０
１４    ６４．６２０  ２．６８７      ２．７２９      ０．５０７
１５    ６９．５５１  ２．４１８      ２．４５１      ０．５８９
１６    ７４．６８４  ２．２４２      ２．２６８      ０．６１９
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
（注）入力開口位置が０であり、スロット幅は０．４であり、単位はすべて
［ｍｍ］である。
【０１１２】
【表５】
進行波アレーアンテナ２ｄの構造パラメータ
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
素子番号    素子位置  スロット長Ｌ１  スロット長Ｌ２  スロット間隔ｄ１
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
１        ４．８１４  ３．７３６      ３．８１１      ０．９５９
２      １４．３３５  ３．７４        ３．８１５      ０．９５８
３      ２３．１８７  ３．７９８      ３．８７５      ０．９２８
４      ３１．８６    ３．８          ３．８７７      ０．９２７
５      ４０．５６８  ３．７６７      ３．８４３      ０．９４４
６      ４９．３０７  ３．７９        ３．８６７      ０．９３２
７      ５７．９１１  ３．８３        ３．９０７      ０．９１１
８      ６６．４９５  ３．８２６      ３．９０３      ０．９１３
９      ７５．１６７  ３．７９８      ３．８７５      ０．９２８
１０    ８３．７５９  ３．８２５      ３．９０２      ０．９１３
１１    ９２．２６２  ３．８４        ３．９１８      ０．９０４
１２  １００．９０７  ３．７８４      ３．８６        ０．９３６
１３  １０９．５９７  ３．７４４      ３．８１９      ０．９５６
１４  １１８．０８６  ３．７５８      ３．８３４      ０．９４９
１５  １２６．６６    ３．７１９      ３．７９３      ０．９６８
１６  １３４．０７７  ４．０８７      ４．１６４      ０．７２８
―――――――――――――――――――――――――――――――――――
（注）入力開口位置が０であり、スロット幅は０．４であり、単位はすべて
［ｍｍ］である。
【０１１３】
図２２は第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置における進行波アレーアンテナ１ｄの指向特性の測定値（実験値）を示すグラフであり、図２３は第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置における進行波アレーアンテナ２ｄの指向特性の測定値（実験値）を示すグラフであり、図２４は第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置の指向特性の測定値（実験値）を示すグラフである。
【０１１４】
図２２から明らかなように、この進行波アレーアンテナ１ｄの周波数に対する主ビーム方向の変動量は、Δθｔ＝７．９°であった。また、図２３において、進行波アレーアンテナ２ｄのコセカント２乗の指向特性における主ビーム方向の変動量は、Δθｃ＝３．８°である。従って、主ビーム方向の変動量比Δθｔ／Δθｃ＝２．１である。この条件において、励振振幅比Ａｃ／Ａｔと全体の進行波アレーアンテナ装置の周波数に対する、進行波アレーアンテナ２ｄにおける主ビーム方向の変動量Δθの関係を示したものを図２４に示している。この図２４の結果は、上述のシミュレーション結果と同様の振る舞いをしていることがわかる。そして、励振振幅比Ａｃ／Ａｔ＝１４ｄＢのときに、主ビーム方向の変動量Δθ＝０．９度が得られることがわかる。
【０１１５】
これらの条件において、全体の進行波アレーアンテナ装置の放射指向性を図２５に示す。図２５において、下限周波数ｆＬ＝２５．２７ＧＨｚ、所望波周波数ｆＤ＝２５．４８ＧＨｚ、上限周波数ｆＨ＝２５．６９ＧＨｚにおけるコセンカント２乗特性の分散はそれぞれ、σ（ｆＬ）＝７１％、σ（ｆＤ）＝７１％、σ（ｆＬ）＝７３％となっており、２６ＧＨｚ帯ＦＷＡの周波数帯域において、コセカント２乗の指向特性を保持することができていることがわかる。また、コセカント２乗の指向特性を有する進行波アレーアンテナ２ｄ単体では、アンテナ利得の周波数変動量は、３．３４ｄＢであったのに対して、第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置においては、１．３ｄＢと周波数変動を小さくすることができる。
【０１１６】
＜変形例＞
以上の実施形態においては、垂直面放射指向特性における主ビームの変動を抑圧する方法について説明しているが、本発明はこれに限らず、同様の方法で、水平面放射指向特性における主ビームの変動を抑圧するようにしてもよい。
【０１１７】
以上の実施形態においては、他方の進行波アレーアンテナ２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄはコセンカント２乗曲線の放射指向特性を有するように形成しているが、本発明はこれに限らず、例えば、第１の実施形態と同様な狭ビームかつ低サイドローブな放射指向特性を有するように、又は所定のビーム特性を有するように、形成してもよい。
【０１１８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明に係る進行波合成アレーアンテナ装置によれば、第１の給電線路に沿って所定の間隔で設けられた複数の第１のアンテナ素子を備え、所定の放射指向特性を有する第１の進行波アレーアンテナと、第２の給電線路に沿って所定の間隔で設けられた複数の第２のアンテナ素子を備え、所定の半値幅の主ビームを有し、上記第１の進行波アレーアンテナに比較して低いサイドローブレベルの放射指向特性を有する第２の進行波アレーアンテナと、入力される送信信号を２分配して、一方の送信信号を第１の進行波アレーアンテナに給電する一方、他方の送信信号を第２の進行波アレーアンテナに給電する分配手段とを備え、所定の周波数変化に対する上記第１の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量と、上記周波数変化に対する上記第２の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量とが互いに実質的に相殺されるように、上記第１の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、上記第２の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向との交差角が９０度を越えかつ２７０未満であるように上記第１の進行波アレーアンテナと上記第２の進行波アレーアンテナとを並置した。ここで、好ましくは、上記第２の進行波アレーアンテナの放射指向特性は、（ａ）アンテナ利得の最大値を含む、３０度以内の半値幅の主ビームと、（ｂ）上記アンテナ利得の最大値から−２０ｄＢ以下のサイドローブレベルとを有する。また、好ましくは、上記第１の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向と、上記第２の給電線路を進行する送信信号の電磁波の進行方向とが互いに実質的に逆向きとなるように、上記第１の進行波アレーアンテナと上記第２の進行波アレーアンテナとを並置し、さらに、上記進行波合成アレーアンテナ装置において、好ましくは、上記第１の進行波アレーアンテナは、所定のコセンカント２乗曲線の放射指向特性を有する。
【０１１９】
従って、本発明によれば、上記周波数変化に対する上記第１の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量と、上記周波数変化に対する上記第２の進行波アレーアンテナから放射される送信信号の電磁波の主ビームの放射角度の変動量とが互いに実質的に相殺され、これにより、所望の相手局に対して所望の設計角度で主ビームを向けることができる。
【０１２０】
さらに、上記進行波合成アレーアンテナ装置において、好ましくは、上記分配手段は、上記第１の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号の電力と、上記第２の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号の電力とが互いに異なるように分配する電力制御手段を含み、ここで、好ましくは、上記第２の進行波アレーアンテナに対して給電される送信信号を所定の減衰量だけ減衰させる減衰手段をさらに備える。これにより、上記第２の進行波アレーアンテナによる放射指向特性を、上記第１の進行波アレーアンテナによる放射指向特性に比較して優勢とし、全体の進行波合成アレーアンテナ装置における放射指向特性を、上記第２の進行波アレーアンテナの放射指向特性と同様の特性とすることができる。
【０１２１】
さらに、上記進行波合成アレーアンテナ装置において、好ましくは、上記第１の進行波アレーアンテナの位相遅れ量を、上記第２の進行波アレーアンテナの位相遅れ量よりも大きくするように設定する位相遅れ量設定手段をさらに備えたことを特徴とする。上記第１と第２の進行波アレーアンテナ間の主ビーム方向の変動量の相殺量を調整することができ、これにより、所望の放射指向特性を保持しつつ、主ビーム方向の変動量を抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る第１の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０１の構成を示す回路図である。
【図２】  （ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１の進行波アレーアンテナ１の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１の進行波アレーアンテナ１の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１の進行波アレーアンテナ１の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【図３】  （ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１の進行波アレーアンテナ２の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１の進行波アレーアンテナ２の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１の進行波アレーアンテナ２の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【図４】  （ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１の進行波合成アレーアンテナ装置１０１の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１の進行波合成アレーアンテナ装置１０１の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１の進行波合成アレーアンテナ装置１０１の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【図５】  本発明に係る第２の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０２の構成を示す斜視図である。
【図６】  図５の進行波アレーアンテナ２ａにおける２つのスロットペアアンテナ６２−ｍ，６２−（ｍ＋１）付近の構成を示す上面図である。
【図７】  本発明に係る第３の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０３の構成を示す斜視図である。
【図８】  図７の進行波合成アレーアンテナ装置１０３の上面図である。
【図９】  図８のＡ−Ａ’面の縦断面図である。
【図１０】  本発明に係る第４の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０４の構成を示す斜視図である。
【図１１】  図１０の進行波合成アレーアンテナ装置１０４の上面図である。
【図１２】  図１０の進行波合成アレーアンテナ装置１０４の下面図である。
【図１３】  図１１のＢ−Ｂ’面の縦断面図である。
【図１４】  本発明に係る第５の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０５の構成を示す斜視図である。
【図１５】  本発明に係る第６の実施形態である進行波合成アレーアンテナ装置１０６の構成を示す斜視図である。
【図１６】  （ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１５の進行波アレーアンテナ１ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１５の進行波アレーアンテナ１ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１５の進行波アレーアンテナ１ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【図１７】  （ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１５の進行波アレーアンテナ２ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１５の進行波アレーアンテナ２ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１５の進行波アレーアンテナ２ｄの垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【図１８】  （ａ）は下限周波数ｆ１のときの図１５の進行波合成アレーアンテナ装置１０６の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｂ）は中心周波数ｆ０のときの図１５の進行波合成アレーアンテナ装置１０６の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフであり、（ｃ）は上限周波数ｆ２のときの図１５の進行波合成アレーアンテナ装置１０６の垂直面角度に対する放射パターン（正規化振幅）を示すグラフである。
【図１９】  第６の実施形態の第１の変形例であって、電力分配部の構成を示す横断面図である。
【図２０】  第６の実施形態の第２の変形例であって、電力分配部の構成を示す横断面図である。
【図２１】  第６の実施形態の第３の変形例であって、電力分配部の構成を示す横断面図である。
【図２２】  第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置における進行波アレーアンテナ１ｄの指向特性の測定値（実験値）を示すグラフである。
【図２３】  第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置における進行波アレーアンテナ２ｄの指向特性の測定値（実験値）を示すグラフである。
【図２４】  第６の実施形態に係る進行波アレーアンテナ装置の指向特性の測定値（実験値）を示すグラフである。
【図２５】  従来例に係る進行波アレーアンテナ装置５０４の構成を示す回路図である。
【図２６】  図２５の進行波アレーアンテナ装置の一例であって、導波管スロットアレーアンテナ装置５０８の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２，１ａ，２ａ，１ｂ，２ｂ，１ｃ，２ｃ，１ｄ，２ｄ…進行波アレーアンテナ、
１１，１２…給電線路、
１１ａ，１２ａ…給電矩形導波管、
２０，２０ａ…給電点、
２１，２１ａ…電力分配器、
２２…給電線路、
２２ａ，２２ｂ…給電矩形導波管、
２３…減衰器、
２３ａ…減衰器、
２３ｂ…減衰器部、
２４ａ，２５ａ，２５ｂ…入力開口、
２６ａ，２６ｂ…同軸導波管変換器、
２７ａ，２７ｂ，２７ｃ…同軸ケーブル、
２８，２９…接続導波管、
３０…分岐導波管、
３１…入力開口、
５１−１乃至５１−Ｎ，５２−１乃至５２−Ｍ…アンテナ素子、
６１−１乃至６１−Ｎ，６２−１乃至６２−Ｍ…スロットペアアンテナ、
６３，６４…矩形スロット、
７１−１乃至７１−８，７２−１乃至７２−８…スロットアンテナ、
８１−１乃至８１−８，８２−１乃至８２−８…スロットアンテナ、
８３，８４…スルーホール、
８３ｃ…スルーホール導体、
１０１乃至１０６…進行波合成アレーアンテナ装置、
２０１，３０１…誘電体基板
２０２，３０２…上面導体、
２０３，３０３…下面導体、
２０４，２０５…側面導体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2003318649.tif 000002
【図２】
2003318649.tif 000003
【図３】
2003318649.tif 000004
【図４】
2003318649.tif 000005
【図５】
2003318649.tif 000006
【図６】
2003318649.tif 000007
【図７】
2003318649.tif 000008
【図８】
2003318649.tif 000009
【図９】
2003318649.tif 000010
【図１０】
2003318649.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2003318649.tif 000014
【図１４】
2003318649.tif 000015
【図１５】
2003318649.tif 000016
【図１６】
2003318649.tif 000017
【図１７】
2003318649.tif 000018
【図１８】
2003318649.tif 000019
【図１９】
2003318649.tif 000020
【図２０】
2003318649.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
2003318649.tif 000023
【図２３】
2003318649.tif 000024
【図２４】
2003318649.tif 000025
【図２５】
2003318649.tif 000026
【図２６】
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